第九章 细胞骨架

位组成，是一种高分子 ATP 酶，能被 Ca2+、Mg2+激活，激活后可驱动鞭毛、纤毛运动，缺 少这种蛋白，鞭毛、纤毛运动就会受阻。 2、Kinesin 蛋白 又称驱动蛋白，可以驱动转运泡，由微管（－）极向（+）极运动。
Kinesin 蛋白由 4 条肽链组成：二条重链构成头部及尾部，二条轻链位于尾部后端，该端是 转运泡结合的部位。其头部的作用：①水解 ATP ②是微管的结合部位。 六、微管特异性药物 1、秋水仙素 可结合到α、β二聚体上，阻止微管进一步聚合，造成微管解聚。 2、紫杉酚，作用促进微管装配，增加微管稳定性，使细胞周期停止于有丝分裂期。 七、微管的功能 1、维持细胞形态 用秋水仙素破坏微管后，各种形态的细胞会变成圆形。 2、胞内物质运输 1）神经元轴突运输 神经元轴突中有微管， 微管可作为神经元轴突运输高尔基体小泡、 溶酶体小泡、 线粒体、 血影蛋白的运输轨道。 运输囊泡的方向： Kinesin 蛋白， （－）→（＋） dynein 蛋白， （＋）→（－） 2）色素颗粒的运输 3、鞭毛、纤毛的运动 4、染色体运动 纤毛滑动运动机制
微管——是由微管蛋白装配成的长管状细胞器结构，其平均外径 24nm，它存在于所有 真核细胞中。扫描电镜下看到微管呈中空管状，透射电镜下横切的微管，呈有序环状排列。 一、微管的超微结构与形态 微管由α和β两种微管蛋白组成， a 和β蛋白组成异二聚体，它们相间排列，构成一 根原纤维。13 根原纤维围成一圈，组成一段中空的微管。测定得知，微管的外径 24nm，内 径 15nm。微管可装配成单管、二联管（鞭毛、纤毛） 、三联管（中心粒、基体） 。 二、微管的装配动态 1、装配过程 首先 a 和β蛋白形成 aβ二聚体，然后二聚体形成原纤维，原纤维经过侧面扩展形成片 层，片层增加到 13 根时，两端合拢形成一段微管。随后的αβ二聚体，再不断加到微管两 端使其延长。 2、体外微管装配的条件 1）蛋白浓度较高，约 1mg/ml。 2）PH 6.9 3）装配需要 Mg2+，Ca2+存在利于解聚。 4）温度 37℃装配，0℃（低温）解聚。 5）GTP 供能。 3、体内装配的特点 1）受微管蛋白合成调节；2）在分裂期，去装配与装配高度有序。 三、微管组织中心（MTOC） 微管组织中心（ ） 微管组织中心――微管在生理状态及实验处理解聚后重新装配的发生处， 称为微管组织 中心。微管的负极指向微管组织中心；正极背向微管组织中心。 动物的微管组织中心是中心体，中心体是由一对相互垂直的中心粒及周围基质构成的。 中心体具有 9（3）＋2 结构；鞭毛、纤毛具有 9（2）＋2 结构。 四、微管结合蛋白（MAP） 微管结合蛋白（ ） 目前已发现的微管结合蛋白主要有：
四、中间纤维的功能 1、 是细胞质支架 中间纤维在细胞内形成了一个完整的支架系统。在外它与细胞膜和细胞外基质直接联 系，在内与核表面直接联系，中间与微丝、微管、细胞器联系。 2、 与细胞核定位有关。 3、 是细胞与组织间的支架。 例如角蛋白纤维参与桥粒的形成和维持。 4、 与细胞分化有关 5、 提供机械强度 在细胞承受较大机械张力和剪切力的部位（上皮细胞、肌细胞） ，中间纤维特别丰富， 而且施加张力，可诱导中间纤维增强表达。 6、 神经细胞轴突运输 第四节 核骨架 细胞核骨架指存在于真核细胞核内的以蛋白成分为主的纤维网架体系。 一般认为核骨架 主要包括：①核内纤维蛋白网络，②核仁残存结构，③核纤层，④残存的核孔复合物。 一、核内纤维骨架——核基质 核内纤维骨架——核基质 —— （一）核内纤维骨架的结构 1974 年 Berezney 和 Coppey 等采用高盐溶液处理大鼠肝细胞后， 首先在电镜下发现了一 下以纤维蛋白成分为主的核基质，以后 Penman 等采用选择性抽提技术，也发现了核内这个 精细发达的核骨架网络。研究表明，核骨架纤维直径 3~30nm，单体直径 3~4nm，分析认为 核骨架纤维可能是单纤维的复合体。 （一） 核内纤维骨架的成分
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白的作用是调节肌动蛋白域肌球蛋白头部的结合。 3、肌钙蛋白（Tn） 肌钙蛋白由 3 个亚基构成，分子量 80KDa。其中肌钙蛋白-C（Tn-C）特异地与 Ca2+结 合；肌钙蛋白-T（Tn-C） ，与原肌球蛋白有高亲合力；肌钙蛋白 I（Tn-I）能抑制肌球蛋白 ATP 酶的活性。 四、微丝的特异性药物 1、细胞松驰素 细胞松驰素的作用是阻止微丝聚合，经细胞松驰素处理后，微丝变短。 2、鬼笔环肽 鬼笔环肽是从毒蘑菇中提取出来的一种多肽蛋白，作用是稳定微丝结构。鬼笔环肽可以 特异地结合到 F-actin 上，其结合十分稳定，由于环肽的结合会使 F-actin 的动态变化停止， 稳定 F-actin 的结构，因此环肽对 F-actin 有毒性。 五、微丝的功能 1、 肌肉收缩 研究表明肌肉收缩是由肌动蛋白丝（细肌丝）与肌球蛋白丝（粗肌丝）相对滑动引起 的。 2、 形态维持 小肠上皮微绒毛由肌动蛋白微丝所支撑。 3、变形运动与溶胶层 许多种细胞中， 紧贴细胞膜下有一层富含肌动蛋白纤维的区域——溶胶层 （胞质溶胶） 。 细胞的变形运动、阿米巴运动、胞质环流、吞噬作用等均与肌动蛋白的溶胶与凝胶态转化有 关。 4、胞质分裂 动物细胞有丝分裂末期，两个子细胞间产生一个收缩环，收缩环是由大量平行排列的 微丝组成的。胞质分裂时，依靠肌球蛋白运动形成收缩环，分裂完成收缩环消失。 5、胞质运输 植物根部靠根毛吸收营养，观察发现根毛内部颗粒运动很明显。 6、顶端生长 研究表明，花粉管里有微红，微丝对花粉管生长延长起重要作用。 7、顶体反应 精子端有顶体，卵结合时会发生顶体反应，顶体反应与微丝有关。 8、形成应力纤维 应力纤维是由大量沿细胞长轴平行排列的微丝组成的，是细胞中一种广泛存在的稳定 的微丝束结构。它与细胞形态与粘着有密切关系。
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核骨架成分比较复杂，与细胞质骨架不同，微丝、微管和中间纤维是由非常专一的蛋白 （肌动蛋白、微管蛋白）组成的。采用双向电泳技术，发现 HL60 细胞核骨架是由 400 多种 蛋白成分组成的，十分复杂。核骨架蛋白包括两大类： 1、 核骨架蛋白（MAR 结合蛋白） 。 MAR――核骨架结合序列，指真核生物染色体上与核骨架特异结合的一段 DNA 片断。 与 MAR 进行结合的蛋白，即为 MAR 结合蛋白。 1）DNA 拓朴酶 II 是核骨架、染色体骨架的重要组成成分。 2）核基质蛋白 分子量大于 50KDa，呈纤维粒颗粒，DNA 袢环的结合蛋白。 3）NuC2+蛋白 分子量 76KDa，是核基质、染色体支架组分。 4）ARBD 一类分布广泛无组织特异性的 MAR 结合蛋白（DNA 特异结合序列蛋白） 。 5）核内肌动蛋白 与 mRNA 前体加工有关。 2、核骨架结合蛋白 1） 转录因子 多是一些基因调控蛋白。如腺病毒 E1A 蛋白、NF-1、SV40 等。 2） 酶类 DNA、RNA 聚合酶。 3） 受体 研究发现许多核内激素受体是核骨架结合蛋白。 4） 供体 （三）核内纤维骨架功能 近年研究发现核骨架与 DNA 复制，RNA 转录和加工，染色体装配及病毒复制等一些重 要的生命活动有关。 1、核骨架与 DNA 复制有关 细菌 DNA 复制结合的细胞膜上，复制时起点首先附着在膜上，有一支点，再进行 DNA 复制；现在已有多个证据证明真核细胞 DNA 复制时也需要有核骨架的支撑。 2、 核骨架与 RNA 转录有关 脉冲标记 HeLa 细胞发现 95%以上新合成的 RNA 结合在核骨架上，RNA 聚合酶在核骨 架上也存在结合位点。 3、 核骨架与细胞癌变 癌细胞核较正常细胞核大，其核结构异常；癌细胞核骨架结构也异常，主要表现在骨架 成分有变化（如蛋白减少） 。实验发现，致癌物（苯并芘，TPA，苯甲酰过氧化物等）能紧 密地结合于骨架上，结合在核骨架上的致癌物在一定程度上会影响细胞的 DNA 复制。 4、 核骨架与病毒复制 研究发现核内病毒的复制与核骨架有关。例如疱疹病毒的蛋白质衣壳、核衣壳，需要在 核骨架上进行装配。 5、核骨架与染色体构建。 二、染色体骨架
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经胶质纤维、核纤层纤维。中间纤维蛋白分子由三部分组成：头部、尾部和中间的杆状区。 研究表明中间纤维蛋白的中部杆状区，具有高度的同源性，该区大约有 310 个氨基酸残基具 高度保守性，长度约 40~50nm。 二、中间纤维的装配 a-螺旋→二聚体→四聚体→原纤维→中间纤维 三、中间纤维结合蛋白（IFAP） 中间纤维结合蛋白（ ） 1、确定中间纤维结合蛋白的标准：与中间纤维①共分布，②共分离，③共周期，④体 外能结合。 2、中间纤维结合蛋白的特性：①有类型特异性，②有细胞专一性，③不同的中间纤维 结合蛋白共存，④与细胞发育有关。
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9、信号传递 在显微镜下用探针厾一下细胞，就会发生形态变化，这种形态变化会长时间保持，说 明外界信号刺激可导致细胞变形，变形与微丝有关。 10、与细胞连接有关 微绒毛的微丝束下端与粘着带连在一起；在粘着带发现有纽蛋白和辅肌动蛋白，推测 它们的作用是将大量的微丝锚定在粘着带处的细胞膜上。
第二节 微管骨架
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1、て蛋白 存在于神经轴突，具热稳定性 2、MAP1 3、MAP2 成横桥 4、MAP4 存在与各种细胞 具高度热稳定性 存在与轴突树突，具热不稳定性 存在于树突 具热稳定性
功能横向连接相邻微管 功能在微管间形成横桥 功能在微管间，微管与中间纤维间形
五、微管马达蛋白 1、dynein 蛋白 又称动力蛋白，位于鞭毛、纤毛的二联管部位。dynein 蛋白由多亚单
第三节 中间纤维 中间纤维是一类直径在 8~11nm（10nm）的中空管状纤维结构。由于它的直径介于微的 和微管之间，被称为中间纤维。 一、中间纤维的成分及结构 中间纤维是一类形态上十分相似，化学组成明显不同的蛋白纤维。根据其组织来源及免 疫学性质不同，将其分为 6 类：角蛋白纤维、波形蛋白纤维、结蛋白纤维、神经元纤维、神
第九章 细胞骨架
教学目的：掌握细胞骨架的基本结构和功能 教学重点：微丝、微管、中间纤维 教学难点：骨架装配，核骨架 教学方式：讲叙、幻灯、多媒体课件
第一节 一、微丝的结构成分
微丝骨架
构成微丝的结构成分是肌动蛋白纤维，肌动蛋白存在于所有真核细胞中。 1、球形肌动蛋白（G-actin） 球形肌动蛋白是构成微丝的基本成分， 占肌原纤维总蛋白的 25%， 其相对分子量 43KDa， 由于每个肌动蛋白分子接近球形， 称为球形肌动蛋白， 其分子的三维结构已为 X 光射研究阐 明。球形肌动蛋白有 a、ß、γ三种异构体。 2、纤维形肌动蛋白（F-actin） 纤维肌动蛋白是由 G-actin 组成的多聚体，G-actin 按着一定方向头尾相接就构成了 F-actin。 二、微丝的组装 （1）微丝是由 G-actin 组成的螺旋状纤维。 （2） G-actin 头尾相接， 构成有极性 F-actin。 每个 G-actin 分子具有极性， 装配成 F-actin 时头尾相接，整个微丝也具有极性。 （3）微丝装配需要有 ATP 和 Mg2+。在低浓度的 Na+、K+溶液中，微丝解聚成 G-actin； 在高浓度 Na+、K+溶液中，G-actin 装配成 F-actin，新的 G-actin 加入会使微丝不断延长。 （4）聚合速度快的一端是微丝的正极。 三、微丝结合蛋白 1、 肌球蛋白（M） 肌球蛋白约占肌肉总蛋白的 50％，分子量 480KDa。肌球蛋白有 4 条肽链，二条重链， 二条轻链。两条重链形成了一双股 a 一螺旋，螺旋长约 140nm，直径 2nm，约一半的重链呈 棒状构成尾部；其余与轻链一起折叠成两上球形区域构成头部，位于分子的一端。电镜下可 看到，每个肌球蛋白分子具有两个球状的头部和一个杆状的尾部。 2、原肌球蛋白（Tm） 原肌球蛋白占肌肉蛋白的 5~10%，分子量 64KDa，它是一种细长的分子，长度约 40nm， 由两条平行的多肽链相扭形成 a-螺旋构型。 原肌球蛋白结合在细肌丝上， 它与肌动蛋白紧密 相连，位于 a-ctin 的螺旋沟内，1 个原肌球蛋白的长度相当于 7 个肌动蛋白单体。原肌球蛋